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Thema: Spannungsabfall an C-E Strecke bei Transistor BC54* (Gelesen 8913 mal)
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PoWl
Dremelfreund
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Atmel AVR Mikrocontroller
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Hi!
Ich würde gerne mit meinem NPN-Transistor des Typs BC 548 C ein paar LEDs gegen masse schalten. Genauer gesagt schaltet dieser Transistor wieder den Strom für weitere Transistoren aber das ist mal egal im Moment. Mir ist leider aufgefallen dass es an diesem Transistor, abhänig von der Last, einen Spannungsabfall gibt. Der stört mich sehr, ich möchte damit eine LED-anzeige schalten und je nachdem welche Zahlen, also wie viele Segmente gerade leuchten wird die Anzeige dadurch heller oder dunkler, das ist total bescheuert.
Ich habe eine Emitterschaltung aufgebaut, d.h. die Last hängt am Kollektor und geht gegen Vcc = 5V. Der Emitter ist mit Masse verbunden. Als Basiswiderstand habe ich mal 10kOhm genommen. Die Gleichstromverstärkung des Transistors beträgt (gemessen) 530. Somit sollte doch der Basisstrom n einen 530n-fachen Kollektorstrom zulassen oder? Nunja, aus dem Ohmschen Gesetz U = R * I bzw. I = U/R ergibt sich 5V/10000Ohm = 0,0005A Basisstrom * 530 = 0,256A Kollektorstrom.
Mir ist aufgefallen dass wenn ich ein paar LEDs dazustecke, ich einen Spannungsabfall von bis zu 0,3V Zwischen Emitter (bzw. Masse) und Kollektor habe, also der Transistor nicht vollständig leitet. Das geht immer so in 0,02V Schritten je weiterer LED die ich dazu schalte...
Versuchsweise habe ich nun mal 8 1kOhm Widerstände jeweils mit Vcc und Kollektor verbunden, als Last. Ich messe einen Spannungsabfall von 0,28V am Transistor mit 8 Widerständen, mit 7 sinds nur noch 0,19V, 6 -> 0,15V, 5 -> 0,12V, 4 -> 0,10V.
Scheint als würde der Transistor einfach nicht genug Strom durchlassen, aber da sollten ja nicht mehr als 40mA fließen wenn jeder 1kOhm Widerstand an 5V nur 5mA durchlässt.
Mit 1kOhm Basiswiderstand fällt am Transistor mit 4 Lastwiderständen 0,05V ab, mit 5 -> 0,06V, 6 -> 0,07V, 7 -> 0,08V, 8 -> 0,09V....
Schaut schon besser aus aber irgendwie kanns das nich sein dass ich für eine bei so geringer Last nichtmal stabile Spannung gleich 5mA Basisstrom fließen lassen muss. Theoretisch sollte das nämlich für 2,65A Kollektorstrom reichen..
Was mach ich falsch? Habe shcon andere Transistoren ausprobiert, also BC 548 A, BC 550 B.. Immer so ziemlich der gleiche shit also muss ich definitiv irgendwas falsch machen. Ich wüsste nur gerne was ;-).
mfg PoWl
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Dremelfreund
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Atmel AVR Mikrocontroller
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d.h. so ein Spannungsabfall ist völlig normal? Gut zu wissen, ich dachte immer der lässt bis zu einer gewissen stromstärke einfach alles voll durch aber nicht mehr. Ist ja auch nirgendwo so beschrieben dass sich das so krass auswirkt :-/
Aber danke für die antwort, d.h. eine Darlington schaltung wäre vll angebrahct um den Transistor dennoch mit kleinen Strömen zu betreiben hm?
mfg PoWl
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Falzo
Diktator vom Dienst
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in einer darlington-schaltung hast du zwei transistoren, deren drop sich addiert. das bewirkt also das gegenteil von dem, was du erhoffst.
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PoWl
Dremelfreund
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Atmel AVR Mikrocontroller
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Hm. Ich habe das ganze eben mal mit den Anzeigen selbst getestet. Der Transistor verhält sich auch bei kleinem Basiswiderstand ziemlich seltsam sperrend.. Hänge ich alle 32 Segmente, also alle 4 Anzeigen gegen die 2,5V meiner Spannungsquelle und lasse sie über meine Emitterschaltung laufen so kriege ich bei einem Basiswiderstand von 1 kOhm maximal eine spannung von 1,7V an den LEDs wobei er schon bei 1,65V beginnt überdimensional viel Strom am Transistor zu verheizen. Bei 1,65V gemessen an den LEDs hat der Regler 1,77V, d.h. 0,12V Spannungsabfall am Transistor..Alles deutet darauf hin dass der Transistor einfach nicht mehr durchlässt aufgrund des zu hoch gewählten Basiswiderstandes. Jetzt nehm ich mal 220 Ohm.. kaum besser.. 1,67V an den LEDs gemessen. Gesamtstromstärke nach wie vor 50mA. Bei einem Basiswiderstand von 33Ohm siehts auch nicht besser aus, wird nur alles schön warm aber die Anzeigen kriegen nicht mehr Saft.
Ist mein Transistor zu schlaff? Brauch ichn anderen? Möchte nur eine stabile Spannung, wenigstens mit einer Anzeige..
mfg PoWl
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Reisi
Lötkolbenfreak
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Du drückst dich teilweise ziemlich unverständlich aus, ich kann dir zumindest nicht folgen wo du welche Spannungen misst. Am besten wäre mal ein Schaltplan mit den Messpunkten, damit man dir besser folgen kann.
Wieviel Strom schickst du eigentlich über den Transistor? 32 Segmente klingen doch schon nach etwas mehr als 100mA.
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PoWl
Dremelfreund
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Oh, tut mir leid. Ich probiers nochmal. Der Emitter des Transistors ist an Masse angeschlossen. Die Basis über den Basiswiderstand an 5V. Der Kollektor hängt an den 4 gemeinsamen Kathoden der 7-Segment-Anzeigen. Die jeweils 8 Anoden der Anzeigen hängen alle an meiner LM317 Spannungsreglung.
Die Spannung messe ich zwischen Anode (Spannungsregler) und Kathode (Kollektor) der Segmente, somit sehe ich welche Spannung an den LEDs anliegt und finde heraus ab wann die Spannung nicht mehr steigt wenn ich den Spannungsregler langsam hochfahre. Einen zweiten Spannungsmesspunkt habe ich zwischen Anode (Spannungsregler) und Masse (Emitter) eingerichtet um die Spannung die aus dem Spannungsregler kommt zu messen. Alternativ habe ich teilweise auch zwischen Emitter und Kollektor abgegriffen um den Spannungsabfall am Transistor zu messen.
Die Stromstärke greife ich irgendwo ab, ist ja egal wo da überall auf der Strecke der gleiche Strom fließt, ich habe mal die Verbindung zwischen Kollektor und Kathoden über den Strommesser hergestellt.
Ich habe meinen Versuch zunächst einmal mit einem Basiswiderstand von 1kOhm durchgeführt. Nun habe ich die Spannung am Spannungsregler langsam bis über 2V aufgedreht und an den LEDs maximal 1,7V gemessen.. mehr ging nicht. Größere Erhöhungen der Spannung am Spannungsregler haben nur noch kleine Veränderungen der Spannung an den LEDs im Millivoltbereich und einen heißen Transistor erbracht -> Transistor lässt nicht mehr Strom durch. Schon bei 1,65V, gemessen an den LEDs, kommt vom Spannungsregler eine Spannung von eigentlich 1,77V und ich muss die Spannungsreglung in überdimensional großen Schritten höher stellen dass es noch eine Veränderung der Spannung an den LEDs gibt. Die Strommessung ergibt dass ab hier die Stromstärke weiter gleichmäßig ansteigt aber der Strom offensichtlich am Transistor verbrutzelt wird.
So, nun belasse ich den Spannungsregler mal auf 1,77V und setze einen 220 Ohm Basiswiderstand ein. An den LED fließt hier trotz 4fachem Basisstrom nur ein unwesentlich höherer Strom so dass die Spannung nun gerademal auf 1,67V angestiegen ist. Bei 33 Ohm Basiswiderstand gibt es auch keine sonderlich große veränderung..
Nun setze ich meinen 1kOhm Basiswiderstand wieder ein und drehe den Spannungsregler gerade soweit auf dass an den LEDs eine Spannung von 1.65V anliegt. Das ist ja ungefär die Schwelle ab der es nicht mehr so richtig weiter geht. Hier fließen ca 25mA über die ganze Schaltung. Bei 1.68V an den LEDs messe ich schon 50mA.
So, nun überbrücke ich den Transistor mal und messe was die LEDs tatsächlich bei 1,65V und 1,68V an Strom verbrauchen. Da sind es 17mA bei 1,65V und 26mA bei 1,68V. Alle Segmente leuchten mit normaler Leuchtkraft. Das sollte ein Transistor doch eigentlich ohne größere Probleme schaffen oder? Bei nun am Spannungsregler eingestellten 1,68V kommen an den LEDs schon nur noch 1,62V an.
Hoffe es war nun besser verständlich nun :-)
mfg Paul H.
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Reisi
Lötkolbenfreak
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Das erklärt jetzt natürlich einiges, der Fehler bzw. die Fehler liegen nicht am Transistor, sondern an der Schaltung.
1. Die LED Flussspannung ist nich linear zum Strom. Die Flussspannung ist nur minimal abhängig vom Strom, und beträgt bei roten LEDs normalerweise ca. 1,6-1,8V. Versucht man jetzt wie du diese Spannung zwanghaft zu erhöhen, steigt der LED Strom überproportional an. Deswegen betreibt man LEDs niemals direkt an Spannungsquellen, man braucht immer eine Strombegrenzung, im einfachsten Fall einen Widerstand.
Dass über die LEDs nicht mehr Spannung abfällt liegt also nicht am Transistor!
2. Der BC548 verträgt einen maximalen Kollektorstrom von 100mA, wenn du da 4 Siebensegmentanzeigen (also 28 bzw. 32 LEDs) daran betreiben willst, wird der Transistor warscheinlich überfordert sein. Also nimm einen der mehr aushält (z.B. BC337)
Also bau die Schaltung um, LEDs betreibt man eben nicht direkt an einer Spannungsquelle, das geht nicht nur wegen den Bauteiltoleranzen nicht, sondern auch wegen der Temperaturabhängigkeit. Da können kleine Temperaturschwankungen ausreichen, um den Strom durch die LEDs um ein vielfaches zu ändern.
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PoWl
Dremelfreund
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Danke :-) Dass die LEDs eine nichlineare Kennlinie haben weiß ich :-) Hm, habe schon oft LEDs direkt an Spannungsquellen betrieben aber bisher hat das ehrlich immer wunderbar funktioniert. Aber mal abgesehen davon:
Bei einer Spannung von 1,68V habe ich ohne Transistor ja wie schon gesagt 26mA gemessen was ja deutlich unter 100mA liegt, und das für alle 32 Segmente. Ist das wirklich ein Problem für den Transistor 30mA durchzulassen? Alles was darüber geht wird ja verheizt.
Oder habe ich da einen offensichtlichen Zusammenhang mit der Kennlinie der LEDs nicht ganz verstanden? D.h. bei einer ohmischen Last mit linearer Kennlinie dürften dann 100mA fließen? Paradox?
mfg PoWl
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Reisi
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30mA sind für den Transistor sicher noch kein Problem, wenn sich jetzt allerdings die Temperatur etwas erhöht können aus den 30mA mal schenll 300mA werden, das hält der Transistor nicht mehr aus.
Wenn alle LEDs miteinander nur 30mA brauchen, leuchten die aber bei weitem nicht mit voller Helligkeit. Normalerweise vertragen die schon 20mA pro LED.
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PoWl
Dremelfreund
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ja, das kann gut sein, wie gesagt bei 1,68V.. hui wie weit muss sich denn da die temperatur erhöhen? denk dran die schmilzen auch irgendwann  kann ich ja mal mit dem föhn ausprobiern. Ich kann ja nachträglich noch entsprechende vorwiderstände einbauen.
Leider bist du nicht auf meine Frage eben eingegangen ;-) 30mA sind wie du schon sagtest kein Problem. Aber bei 30mA haben die LEDs eine Spannung von 1,68V. Und wie schon berichtet, steigt die Spannung, wenn ich die LEDs über den Transistor laufen lasse, ab diesem Punkt ungefär nicht weiter wenn ich die Spannung am Spannungsregler erhöhe. Die Gesamtstromstärke erhöht sich von da an auch linear zur Spannung des Spannungsreglers D.h. mehr als um die 30mA lässt der Transistor nicht durch, und der rest wird am Transistor verheizt. Genau das finde ich seltsam, deswegen bin ich ja so irritiert! 100mA soll er packen, wenn er bei 50mA noch keinen spürbaren spannungsabfall hat bin ich glücklich, aber er lässt ja überhaupt garnicht mehr als 30mA durch.. weiter komm ich ja garnicht. Ich kann gerne mal umfangreiche Messungen durchführen und das ganze in eine Exceltabelle mit Diagramm anschaulich machen, vielleicht erkennt man ja was. Ne idee?
mfg PoWl
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Reisi
Lötkolbenfreak
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Zu ersten, 10-20° mehr können durchaus den Strom um Faktor 10 ändern (ist keine Verallgemeinerung, sondern nur ein Beispiel).
Wo fällt den die Spannung ab, wenn du die Ausgangsspannung weiter erhöst? Liefert der Spannungsregler überhaupt noch mehr? Evtl. begrenzt der schon.
Sollte die Spannung hingegen über der Kollektor-Emitter Strecke abfallen, ist an der Schaltung irgendwas faul.
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PoWl
Dremelfreund
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So, habe mal eine mehr oder weniger umfangreiche Messung mit einer Ohmschen Last, einem 33 Ohm Widerstand, gemacht und die Daten in Excel eingegeben. Die Messungen haben ergeben dass ich den Transistor noch bis 50mA Belastung ganz gut verwenden kann. Bei 100mA ist was den Spannungsabfall angeht die Schmerzgrenze ziemlich erreicht und darüber steigt er exponentiell an.
Ich habe meine Schaltung diesmal an 12V angeschlossen, d.h. der Spannungsregler bekommt auf alle Fälle genug Saft. Um zu gewährleisten dass der Basisstrom konstant bleibt habe ich einen µA 7805 vor den Basiswiderstand geschaltet, somit krig ich da auch saubere 5V.
Die Kollektorspannung entspricht der Spannung zwischen Kollektor und Spannungsregler, die Emitterspannung eben der Spannung zwischen Emitter und Spannungsregler.
Richtig, den Spannungsabfall messe ich zwischen Emitter und Kollektor, bzw errechne die Differenz zwischen Emitter- und Kollektorspannung. Ein Wert von 0,07V Differenz scheint auch ohne Last unumgänglich zu sein.
Ich werde nun mal den Strom meiner LED-Anzeigen in abhängigkeit von der Spannung messen. Dann den Transistor zwischenschalten und beides im Diagramm vergleichen.
http://powl.dyndns.org/ohm_messung.xls
//Edit: Aeh ja, wenn man halt zu doof zum messen ist... -.- nachdem ich das Messgerät nochmals richtig abgelesen habe stellte ich fest dass die LEDs schon bei 1,7V 100mA verbrauchen, bei 1,75V sind es schon 210mA und bei 1,8V sinds 360mA. Das schafft natürlich der Transistor nicht :-D
Das Messwerk meines Multimeters hat mir da allerdings eine Falle gestellt. Im 10A Modus messe ich bei 1,6V ungefär 10mA. im 200mA Modus messe ich 7,7mA.. im 20mA Modus messe ich 3,7mA und im 2000µA Modus messe ich 939µA also 0,9mA... jeweils leuchtet auch die Anzeige entsprechend stark bzw schwach. Wie läuft der Strom denn übers Messwerk? Bei der Ohmschen Last hat es geklappt.
mfg PoWl
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« Letzte Änderung: August 6, 2007, 00:15:33 von PoWl »
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